import java.util.ArrayDeque;
import java.util.Collection;
import java.util.Deque;
import java.util.Iterator;

public class Sort {

    //插入排序；
    //方法：1.进行定义两个下标变量和一个存储要比较量的变量；
    //2。将第二个位置设为要比较的量完后一一进行遍历比较；
    //3.将第一个与第二个比较，比较完毕后，看情况来确定位置；将第一个和第二个位置的量进行正确安置；
    //4.接着进行遍历第二个位置的变量，并且另一个位置的变量一直紧跟其后进行判断；
    // 但每次比较完毕后也比较前面比较过的位置的量，保证遍历完后后面得每一个量放入到正确的排序位置；
    public static void insetSort(int[] array) {
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - 1;
            for (; j >= 0; j--) {
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j + 1] = array[j];
                } else {
                    array[j + 1] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j + 1] = tmp;
        }
    }

    //希尔排序；
    //思想：根据要比较元素的多少进行分组插入比较排序；
    //1.如何分组?
    //按照元素的个数缩小2倍一次次的进行插入排序；
    //2.如何插入排序？
    //采用跳跃式的插入排序；
    //方法：1.定义变量来接收分多少组进行跳跃多少步进行插入比较；
    //.....2.比较完后根据大小确定两个元素要放入的位置进行值交换；
    //注意随着分组个数的减少，和之前插入比较排序中下标位置变量的遍历相同，只是这里会出现每组进行交替排序；
    public static void shellSort(int[] array) {
        int gap = array.length;
        while (gap > 1) {
            gap /= 2;
            shell(array, gap);
        }
    }

    public static void shell(int[] array, int gap) {
        for (int i = gap; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - gap;
            for (; j >= 0; j += gap) {
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j + gap] = array[j];
                } else {
                    array[j + gap] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j + gap] = tmp;
        }
    }

    public static void swap(int[] array, int i, int j) {
        int tmp = array[i];
        array[i] = array[j];
        array[j] = tmp;
    }

    //冒泡排序；
    //思想：采用打擂台的思想进行冒泡排序；
    //方法：1根据要比较元素的个数进行确定要打擂台的次数；
    //,,,,,2.在每一次擂台下进行一一遍历比较，比较出大的放在最后，每次擂台将这次遍历最大的放在最后；
    //。。。3.擂台结束，比较完毕；
    //...优化：可以根据一次擂台打擂台者是否有值进行交换来确定是否后面是否有序来确定是否比完；
    //        这样可以大大减少比较次数；
    public static void bubbleSort(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {
            boolean flg = false;
            for (int j = 0; j < array.length - 1 - i; j++) {
                if (array[j] > array[j + i]) {
                    swap(array, j, j + 1);
                    flg = true;
                }
            }
            if (!flg) {
                break;
            }
        }
    }

    //选择排序
    //思想：遍历数组找到想要的最大值，或最小值放在正确的位置，依次遍历直到遍历完毕；
    //方法一：
    //1.进行假设两个最值变量，都为起始位置，完后依次遍历比较，记录最小值，和最大值的位置；
    //2.注意：要考虑到最大值正好在起初的位置，这样会被记录后的最小值换走，如果出现这种情况应进行多一次考虑，把正确的最大值从最小值的位置那里获取到；
    public static void selectSort(int[] array) {
        int left = 0;
        int right = array.length - 1;
        while (left < right) {
            int minIndex = array[left];
            int maxIndex = array[left];
            for (int i = left + 1; i <= right; i++) {
                if (array[i] < array[left]) {
                    minIndex = i;
                }
                if (array[i] > array[left]) {
                    maxIndex = i;
                }
            }
            swap(array, left, minIndex);
            if (maxIndex == left) {
                maxIndex = minIndex;
            }
            swap(array, left, maxIndex);
            left++;
            right--;
        }
    }

    //方法二：
    public static void selectSort2(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            int minIndex = i;
            for (int j = i + i; j < array.length; j++) {
                if (array[j] < array[minIndex]) {
                    minIndex = j;
                }
                swap(array, i, minIndex);
            }
        }
    }

    //堆排序；
    //思路：在大根堆的前提下进行排序；因此要创建大根堆，完成大根堆的创建后进行堆排序，采用向下堆排序法进行堆排序即可；
    public static void heapSort(int[] array) {
        createHeap(array);
        int end = array.length;
        while (end > 0) {
            swap(array, 0, end);
            siftDown(array, 0, end);
            end--;
        }
    }

    public static void createHeap(int[] array) {
        for (int parent = (array.length - 1 - 1) / 2; parent >= 0; parent--) {
            siftDown(array, parent, array.length);
        }
    }

    public static void siftDown(int[] array, int parent, int length) {
        int child = (2 * parent) + 1;
        while (child < length) {
            if (child + 1 < length && array[child] < array[child + 1]) {
                child++;
            }
            if (array[child] > array[parent]) {
                swap(array, child, parent);
                parent = child;
                child = parent * 2 + 1;
            } else {
                break;
            }

        }
    }

    //快速排序；
    //方法：
    //1,去最左值作为基准值；
    //2.定义变量rigth从后边开始遍历数组，直到遇到比基准值小的值停下来；
    //. 定义变量left从前边开始遍历数组，直到遇到比基准值大的值停下来；
    //3.将left对应的值与right对应的值进行交换；
    //4.直到left与right相等时就停下来，并且将基准值与当前位置的值进行交换，作为一个分割值；
    //5.根基分割值进行确定左右两边；将左右两边进行和上述方法等同的方法进行递归；
    public static void quickSort(int[] array) {
        quick(array, 0, array.length - 1);
    }

    private static void quick(int[] array, int start, int end) {
        if (start >= end) {
            return;
        }
        int midIndex = getMiddleNum(array, start, end);
        swap(array, start, midIndex);
        int pivot = partition(array, start, end);
        quick(array, start, pivot - 1);
        quick(array, pivot + 1, end);
    }

    //寻找分割值；
    //hoare法；
    public static int partition1(int[] array, int left, int right) {
        int tmp = array[left];
        int tmpleft = left;
        while (left < right) {
            while (left < right && array[right] >= tmp) {
                right--;
            }
            while (left < right && array[left] <= tmp) {
                left++;
            }
            swap(array, left, right);
        }
        swap(array, left, tmpleft);
        return left;
    }

    //挖坑法：
    //步骤：1.将基准值挖坑；
    //.....2.先从后往前遍历，找到比基准值小的数放到坑里；
    //.....3、再从前往后进行遍历，找到比基准值小的值放到刚才空下来的坑里；
    //.....4,就这样一步一步的从后往前，从前往后进行，直到前后两指针相遇，就将此时的值与挖出来的基准值进行交换，作为分割值，即可以完成此方法；
    public static int partition2(int[] array, int left, int right) {
        int tmp = array[left];
        while (left < right) {
            while (left < right && array[right] >= tmp) {
                right--;
            }
            array[left] = array[right];
            while (left < right && array[left] < tmp) {
                left++;
            }
            array[right] = array[right];
        }
        array[left] = tmp;
        return left;
    }

    //前后指针法：
    //步骤：1.将左边第一个作为基准值；
    //.....2.假设两个指针变量，一个设置在左边第一个与left相同；另一个设置在其后边；
    //.....3,完后进行遍历，寻找第一个比基准值大的值，用第一个指针进行标记，接着另一个指针遇到比基准值小的值，将这两个指正分别指向的值进行交换
    //........这样就做到了比基准值小的值放在了前面，比基准值大的值放在了后面；
    //.........遍历完毕后就完成了比较，成为一个有序的数列；
    public static int partition(int[] array, int left, int right) {
        int prev = left;
        int cur = left + 1;
        while (cur < left) {
            if (array[cur] < array[left] && array[prev] != array[cur]) {
                swap(array, cur, prev);
            }
            cur++;
        }
        swap(array, left, prev);
        return prev;
    }

    //快速排序的优化方法：
    //三数取中法;
    //步骤：1,设计三个变量进行标记前，中，后；
    //.....2.比较前后位置值的大小，确定中位数；（前中后）；
    public static int getMiddleNum(int[] array, int left, int right) {
        int mid = (left + right) / 2;
        if (array[left] < array[right]) {
            if (array[mid] < array[left]) {
                return left;
            } else if (array[mid] > array[right]) {
                return right;
            } else {
                return mid;
            }
        } else {
            if (array[mid] > array[left]) {
                return left;
            } else if (array[mid] < array[right]) {
                return right;
            } else {
                return mid;
            }
        }
    }

    //快速排序的非递归方法：
    //步骤：1，寻找基准值；
    //.....2,根据基准值进行确定start和end;分左右两边进行放入栈中所对应的下标值；
    //.....3,只有栈中元素不空，就进行出栈，依次出两个start和end继续进行寻找中间值；
    //......4.这样根据基准值进行左右分割后依次进行寻找start和end后在依次进行寻找；最终完成遍历；
    public static void quickNor(int[] array, int start, int end) {
        int part = partition1(array, start, end);
        Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<>();
        if (part>start+1){
            stack.push(start);
            stack.push(part-1);
        }
        if(part<end-1){
            stack.push(part+1);
            stack.push(end);
        }
        while(!stack.isEmpty()){
            end=stack.poll();
            start=stack.poll();
            part=partition1(array,start,end);
            if (part>start+1){
                stack.push(start);
                stack.push(part-1);
            }
            if(part<end-1){
                stack.push(part+1);
                stack.push(end);
            }
        }
    }
    //归并排序；
    //方法：1，首先进行分解；
    //步骤;①.根据前后start和end两指针确定中间位置；
    //....②。将左右位置进行分解继续寻找中间位置。
    //....③.就这样一直进行分解，直到left和right相等时说明已经分解完毕；
    //方法：2.合并：
    //步骤：①。新建一个数组，进行接收合并后有序的排序；
    //.....②.排序：先做到两个有序，在进行两个两个有序；完后最终有序；
    // 注意;1在进行比较的同时要控制好范围；
    //.....2,比较完毕后要进行确定那一组是否有剩余元素，要将剩余的元素放入合并后的数组中；
    public static void mergeSortTmp(int[] array,int left,int right){
        if(left>=right){
            return;
        }
        int mid=(left+right)/2;
        mergeSortTmp(array,left,mid);
        mergeSortTmp(array,mid+1,right);
        merge(array,left,mid,right);
    }
    public static void merge(int[] array,int left,int mid ,int right){
        int[] tmp=new int[right-left+1];
        int k=0;
        int s1=left;
        int s2=mid+1;
        while(s1<=mid&&s2<=right){
            if(array[s1]<array[s2]){
                tmp[k++]=array[s1++];
            }else{
                tmp[k++]=array[s2++];
            }
        }
        while(s1<=mid){
            tmp[k++]=array[s1];
        }
        while(s2<=right){
            tmp[k++]=array[s2];
        }
        for(int i=0;i<k;i++){
            array[i+left]=tmp[i];
        }

    }
    //归并排序的非递归；
    //方法：设置一个变量gap，进行二倍递增；目的：让一串数字进行先一个一个比较，在进行两个两个比较；直到达到数组长度结束；
    public static void mergeSortNor(int[] array) {
        int gap = 1;
        while (gap < array.length) {
            for (int i = 0; i < array.length; i = i + 2 * gap) {
                int left = i;
                int mid = left + gap - 1;
                if (mid >= array.length) {
                    mid = array.length - 1;
                }
                int right = mid + gap;
                if (right >= array.length) {
                    right = array.length - 1;
                }
                merge(array, left, mid, left);
            }
            gap *= 2;
        }
    }
    //基于非比较的排序；
    //计数排序；
    //方法：1，找该数组中的最大值和最小值，确定计数数组的大小；
    //.....2.遍历数组array，进行将array数组中的每个元素进行计数；
    //.....3.将计数数组中的元素放入到原来的数组中，考虑到array中以前有无序的数字序列；依次遍历计数数组的数的个数赋值到array中去；
    public static void countSort(int[] array){
        int minVal=array[0];
        int maxVal=array[0];
        for(int i=0;i< array.length;i++){
            if(array[i]<minVal){
                minVal=array[i];
            }
            if(array[i]>maxVal){
                maxVal=array[i];
            }
        }
        int len=maxVal-minVal+1;
        int[]count=new int[len];
        for(int i=0;i< array.length;i++){
            int index=array[i];
            count[index-minVal]++;
        }
        int index=0;
        for(int i=0;i< count.length;i++){
            while (count[i] != 0) {
                array[index] = i + minVal;
                index++;
                count[i]--;
            }
        }
    }
}